面向應用型本科教育的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐改革初探

陳姝穎 陳雷 石艷榮 趙小芳

摘 要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機學科的核心課程，該課程的理論性和實踐性都很強，為了更好地達到應用型本科教育的目的，文章針對山東工商學院的具體情況，從加強實踐方面分析了教學中存在的問題，并給出了相應的改進對策。

關(guān)鍵詞：應用型本科；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實踐改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）12-0099-03

Abstract： Data structure is a core course of computer science， which is both theoretical and practical. In order to achieve the purpose of application-oriented regular college course education， this paper analyzes the problems existing in the teaching， and gives the corresponding countermeasures.

Keywords： application-oriented regular college course； data structure； practice reform

一、概述

隨著高等教育從精英教育轉(zhuǎn)為大眾教育，高考的錄取率逐年上升，但是高校畢業(yè)生的就業(yè)情況卻并不樂觀，平均每年約有20%的畢業(yè)生不能實現(xiàn)充分就業(yè)[1]。表面看來，是因為畢業(yè)生供需矛盾造成的，但從實際調(diào)研結(jié)果來看，這種局面只是一種表面的相對“過?！?，造成這種情況的根本原因是學生的實際水平不能滿足企事業(yè)單位的實際需要，即現(xiàn)在很多的大學并沒有在本科教育階段實施應用型本科教育，尤其是在工科專業(yè)中。工科專業(yè)本科階段本身就是面向應用的，著重強調(diào)通過對具體情況的分析，找出合適的方案，解決實際問題。而在現(xiàn)階段的很多本科院校，很多工科專業(yè)依然采用傳統(tǒng)的以講授為主的教育模式，這種模式以教師為主體，學生被動聽課，學生的參與度很低，尤其是對于工科的知識的應用，缺乏實際應用的環(huán)境，已經(jīng)完全不能滿足實際需求。這種供需矛盾，最終體現(xiàn)在畢業(yè)就業(yè)方面，就是如前所述的相對“過?！?。與應用型本科教育相對的是理論型本科教育，應用型本科教育是培養(yǎng)知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的應用型人才，面向生產(chǎn)、建設、管理、服務一線的高級應用型人才為目標定位的高等教育。應用型本科教育強調(diào)“理論夠用，注重實踐”的特點，突出了應用的實用導向。就計算機專業(yè)來說，目標是培養(yǎng)既懂得計算機專業(yè)的理論知識，又掌握計算機應用技能的高級應用人才，能針對具體問題，提出解決問題的方案，并能利用具體的技術(shù)手段給予實現(xiàn)。如何在諸如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種理論和實踐并重的課程講授中，強化應用，提高學生解決實際問題的能力，達到應用型人才培養(yǎng)目標，是一個亟待解決的課題。

下面，我們以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，分析實踐過程中存在的問題。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐過程中存在的問題

（一）課程本身難度大

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容豐富，學習量大，知識抽象難以理解，這給學生的學習造成一定的困難。學生往往容易理解線性結(jié)構(gòu)，對于樹形結(jié)構(gòu)、圖及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的操作掌握不夠理想。

（二）學生對程序設計語言掌握得不好，影響數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)

該課程以高級語言程序設計和離散數(shù)學為前導課程，所以這兩門課程的學習情況直接制約和影響著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學習。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是程序設計課程的延續(xù)，但與程序設計課程又有很大的不同。該課程強調(diào)的是數(shù)據(jù)的表示、存儲及操作，實驗要求學生首先要對提出的問題進行分析，得出問題的需求，然后找到問題的數(shù)學模型，最后找到合適的存儲結(jié)構(gòu)，并在該存儲結(jié)構(gòu)上進一步解決具體的實際問題。而在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的課本中，關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述都采用了抽象數(shù)據(jù)類型的方式，這種描述方式很抽象，學生學習后，不能很好理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應的抽象數(shù)據(jù)類型在計算機中如何進行的存儲；而且抽象數(shù)據(jù)類型不能直接使用，需要轉(zhuǎn)化為可以使用的代碼。如果學生在理論課的學習過程中對數(shù)據(jù)類型沒有很好的理解，就會導致學生上機時，不能把書上的描述落實到程序代碼。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的算法都是由類PASCAL、C或C++等語言描述[2]，要求學生能夠使用某種程序設計語言對算法進行程序設計，并且上機調(diào)試通過。由于學生對于前導課程高級程序設計語言掌握的程度不同，并且，高級程序設計語言重點要求掌握的是對基本問題的求解，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中處理的問題相對比較復雜，這就造成對于一些基礎較差的學生，在實驗課上不會編寫程序或者寫出來的程序錯誤百出，阻礙了他們對相關(guān)知識點的理解和應用，使教學目標難以實現(xiàn)。

（三）實驗項目單一，實驗內(nèi)容陳舊，不能與時俱進

以往在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗項目的設置中，只注重了單個實驗的設置，實驗與實驗之間是獨立割裂的，忽略了學生對基礎知識的驗證，以及學生解決創(chuàng)新性和實際問題能力的培養(yǎng)。造成學生即使能完成基礎實驗，但是遇到具體問題仍不能解決。沒有達到本課程的教學效果。并且部分高校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗內(nèi)容一直采用多年前的設置內(nèi)容，而這些實驗在網(wǎng)絡上已有答案，造成學生不主動積極思考，很多同學只是把現(xiàn)有的程序拷貝到環(huán)境中，草草了事[3]。沒有達到充分利用實驗，鞏固課堂教學的目的。

（四）實驗課時不足

現(xiàn)有大部分學校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗的設置，一般為16學時或者24學時。學生在有限的時間內(nèi)，只能完成基本實驗。這種固定實驗學時的模式，沒有突破開展實驗的時間和空間限制，無法讓學生把實驗室中沒有完成的實驗進行延續(xù)。造成遇到的問題不能得到很好的解決，對問題一知半解，甚至有部分學生都沒有找到合適的解決問題的方案就已經(jīng)下課，達不到課程實驗的目的。

三、加強應用型本科教育的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐教學改革措施

考慮到該課程實踐教學中存在的諸多問題，有必要對該課程原有實踐教學進行改革，建立與理論教學緊密結(jié)合的分層次、開放性、多渠道交流的實驗教學模式，提高實驗課程的利用率，充分達到應用型本科教育的目的[4]。

（一）從基礎做起，抓住本質(zhì)

大部分課本對于抽象數(shù)據(jù)類型的描述包含三部分：數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系和操作。但是這里提到的操作，只是操作的要求及功能的描述，這種描述往往過長，造成上課時，大部分講授枯燥、流于形式，老師上課對著PPT念一遍，學生完全沒有印象。為了改變這種情況，在講述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象數(shù)據(jù)類型時，重點強調(diào)數(shù)據(jù)對象及其上關(guān)系的理解，體現(xiàn)出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特點，對于操作部分不展開講述，只是簡單描述該數(shù)據(jù)類型所能完成的操作。將操作放在選定某種存儲結(jié)構(gòu)以后，采用具體代碼描述的方式，讓學生能夠看到數(shù)據(jù)關(guān)系如何體現(xiàn)在內(nèi)部存儲中，使學生更好的理解該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：對于線性表的動態(tài)分配順序存儲結(jié)構(gòu)，課本上的描述方式為[5]：

在這里，對于ElemType沒有具體說明，由于學生在學習高級程序設計時，一般涉及到的是具體的變量類型，很難理解ElemType到底是怎樣的變量類型，甚至出現(xiàn)了上機時，直接使用ElemType作為新的數(shù)據(jù)類型的情況。為了改變這種情況，我們可以根據(jù)具體問題預先設置具體數(shù)據(jù)類型，比如先預定義ElemType就是int型的變量，這樣學生更容易理解。我們對于書上不明確說明的數(shù)據(jù)類型全部顯式給出，這樣可以使學生慢慢過渡到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用，加深了對抽象類型的理解，解決了面對抽象類型無從下手的問題。

（二）自由選擇編程工具，采用實用為主的編程原則

對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法描述，課本上采用了類c的偽代碼描述方式，這些代碼不能直接運行，但是偽代碼描述的算法的核心思想是固定的，只要掌握了算法的思想，即可以轉(zhuǎn)化為任意語言描述的程序。我們針對學生語言掌握程度不同的情況，提出讓學生選擇自己掌握較好的語言來實現(xiàn)，同時強調(diào)，對于實現(xiàn)來說，語言只是工具，不要拘泥于語法上的技巧。例如為了實現(xiàn)遞增，可以使用i++這樣的自增語句，但是如果學生沒有較好的語言基礎，出錯幾率較大，為了達到實踐的目的，建議學生盡量使用i=i+1這種易于理解的語句，雖然從表面看，程序可能更長一些，但并沒有增加算法的復雜度。對于使用易出錯的指針等，建議學生可以使用引用的方式，減少程序出錯的幾率。

（三）分層次設計上機題目，使學生學有所得

由于學生對知識的掌握程度不同，相應的對于實驗課程內(nèi)容的設置也應該不同。為了滿足不同層次學生的要求，我們采用分層次、多題目的實驗設置方式。對于每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗都分成基礎演示型、綜合型、設計研究型和創(chuàng)新提高型等四種類型，在每個類型里面又具體設置多個設計題目。題目設置由易到難，對基礎知識掌握較為薄弱的學生引導他們完成基礎演示型實驗，以達到通過實驗，掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最基本的知識的目的；大部分學生可以完成綜合型和設計研究型的問題，達到能夠解決相應數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本問題的目的；對于小部分知識掌握牢固、求知欲強的學生，給他們設置創(chuàng)新提高型的問題，引導他們進一步開闊思維，能夠解決較為復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的工程問題或者實際問題。例如：對于線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上機題目設置如表1所示。

以上四個層次的實驗，從基礎演示到設計創(chuàng)新，能充分滿足不同層次的學生。在整個過程中，學生首先從抽象數(shù)據(jù)類型的實現(xiàn)著手，把抽象數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化為具體語言環(huán)境下的類型，完成從抽象到具體的轉(zhuǎn)化，從而加深對抽象數(shù)據(jù)類型的理解。然后在綜合型實驗中完成對抽象數(shù)據(jù)類型操作的具體實現(xiàn)，從而為設計研究型問題的求解搭建好了程序模塊；在設計研究型問題求解的過程中，通過調(diào)用在綜合型實驗中完成了的基本操作的實現(xiàn)，用來解決簡單問題。通過這樣的過程，讓學生學以致用，體會到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的逐層深入的過程。第四個層次是創(chuàng)新提高，通過對設置的日常生活中的實際問題或者工程問題的分析，得出數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系，確定出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)的操作進一步加深對基本操作的認識和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解。四個層面由淺入深，由表及里，讓學生充分認識和體會到所學知識能夠解決的實際問題。同時通過上機過程的練習，又進一步提高了學生的編程能力，加強了對程序設計的認識。為了保證題目的新穎性，可以借鑒和結(jié)合ACM大賽和齊魯軟件大賽等比賽的題目，進一步拓寬學生的視野，提高學生對所學知識的理解。

（四）通過成立興趣小組，多種形式交流，進行課下延伸學習

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程較為抽象，要充分掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程需要投入大量的時間進行上機練習。但是，學校課程的上機安排時間有限，為了進一步鞏固講授的知識，需要學生充分利用課余的時間，同時為了配合學生的學習，學?？梢蚤_放實驗室，方便學生靈活選擇學習時機。另外，可以成立興趣小組，不同層次的學生結(jié)對子，小組內(nèi)覆蓋不同層次的學生，這樣讓不同層次的學生可以相互學習，共同提高；為了增加趣味性，小組和小組之間展開比賽，進行期中、期末兩次考核，進一步激發(fā)學生的學習興趣。為了加強教師的指導作用，教師可以通過微信、qq、博客等多種渠道與學生展開交流，把教學從課堂延伸到課外，更加便捷和高效的與學生進行溝通，及時解決學生學習過程中遇到的問題，做到問題不過夜。

（五）鼓勵學生參加計算機相關(guān)的競賽，以賽促學，激發(fā)學生的學習興趣

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的應用很廣，一般的計算機相關(guān)的競賽都會用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識。為了進一步激發(fā)學生學習的積極性，教師要多鼓勵學生參加相關(guān)的競賽，以賽促學，激發(fā)學生的學習興趣，增強學生學習的成就感。競賽是綜合知識的運用，同時也會考驗團隊的合作能力和創(chuàng)新能力，通過參加競賽，能提高學生解決創(chuàng)新實踐問題的能力。為了更好的配合學生參加比賽，我校成立了創(chuàng)新實驗室，每年一次面向全體學生納新。創(chuàng)新實驗室全天開放，并且配備了指導老師，學生在實驗室有問題隨時有指導老師解決。另外，通過多級學生的傳幫帶，形成了良好的學習氛圍，為學習程度較好的學生提供了更多的學習實踐機會。同時通過大賽，老師的實戰(zhàn)能力也得到了提高，為更好的教學實踐提供了素材。

四、結(jié)束語

實踐證明，我們所采用的實踐教學改革措施較為實用。不僅使學生掌握了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識，而且充分調(diào)動了學生學習的積極性，學生的動手能力大為提高，多次在軟件大賽中取得優(yōu)異成績，就業(yè)率也穩(wěn)步提升，達到了應用型本科教育的目的。

參考文獻

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